СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ РАБОЧЕГО ВАЛКА Российский патент 2009 года по МПК B21B28/02 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано на станах кварто при холодной прокатке и дрессировке стальных полос.

Известен способ эксплуатации рабочего валка листопрокатной клети, включающий шлифование его бочки и последующее хромирование, причем перед нанесением хромового покрытия высоту микронеровностей поверхности бочки уменьшают на 5-20%. Хромированный валок при работе в клети имеет сглаженные пики шероховатости поверхности [1].

Недостатки известного способа состоят в том, что хромовое покрытие валка обладает низкой износостойкостью. Помимо этого прокатанная полоса приобретает низкую шероховатость поверхности, что приводит к свариванию витков рулонов в процессе отжига, а также ухудшает показатели штампуемости отожженных дрессированных полос.

Известен также способ эксплуатации рабочего валка, согласно которому после шлифования бочку валка покрывают слоем хрома, толщину t которого устанавливают по соотношению: 1+R_a/2≤t≤5+3·R_a, где R_a - шероховатость поверхности валка, причем t≤16 мкм. Хромированные валки используют для холодной прокатки стальных полос [2].

Недостатки известного способа состоят в низкой стойкости хромового покрытия и недостаточной шероховатости поверхности холоднокатаных полос, что снижает их качество.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ эксплуатации рабочего валка стана холодной прокатки полос, включающий шлифование бочки и последующую катодную обработку в водном растворе соли хрома при вращении валка и плотности тока 80-120 А/дм², причем водный раствор имеет следующий состав, г/дм³:

Cr(NO₃)₂ 250-290 Жидкое стекло 40-50 Моющее средство 8-10.

В процессе катодной обработки производят электроискровую насечку шлифованной бочки валка, легирование кремнием и ее электролитическое покрытие хромом, осаждаемым из водного раствора. После катодной обработки валок используют для холодной прокатки стальных полос [3].

Недостатки известного способа состоят в том, что валок имеет низкую стойкость шероховатой поверхности бочки, что снижает качество прокатываемых полос. Помимо этого, поскольку процессы насечки и хромирования протекают одновременно, способ не обеспечивает раздельного регулирования высоты микронеровностей и толщины слоя хрома. Это дополнительно снижает стойкость валка и качество стальных полос.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении стойкости валка и качества полосы. Для этого валок шлифуют до достижения шероховатости поверхности 0,3-0,8 мкм R_a, после чего насекают до шероховатости поверхности 2,0-4,0 мкм R_a, а электролитическое хромирование ведут в растворе хромовой кислоты при температуре электролита 55-65°С и плотности тока 22-65 А/дм². Кроме того, электролитическое хромирование осуществляют за три этапа: вначале при плотности тока 22-30 А/дм² в течение 18-22 мин, затем при плотности тока 55-65 А/дм² в течение 1-2 мин, и завершают при плотности тока 44-50 А/дм² и времени выдержки 90-110 мин.

Сущность предложенного технического решения состоит в следующем. Шлифование бочки валка до достижения шероховатости поверхности 0,3-0,8 мкм R_a позволяет устранить следы грубой шлифовки в виде поперечных рисок на бочке и исключить их наследственное влияние на микрорельеф насеченной поверхности. Последующая насечка бочки валка до шероховатости поверхности 2,0-4,0 мкм R_a обеспечивает необходимую шероховатость поверхность бочки после электролитического хромирования. Перенос микрорельефа насеченной шероховатости поверхности, покрытой слоем хрома, с валка на полосу в процессе прокатки или дрессировки повышает качество стальных полос, исключает сваривание витков рулонов при отжиге, улучшает показатели штампуемости.

При температуре электролита 55-65°С и плотности тока 22-65 А/дм² на насеченной поверхности бочки формируется слой твердого хрома (с твердостью HV не менее 12000 Н/мм²) и размерами кристаллов хрома 0,003-0,005 мкм. Такое покрытие, обладающее наиболее высокой износостойкостью, полностью повторяет микрорельеф насеченной поверхности, снижает исходное значение R_a на 0,3-0,7 мкм и выравнивает этого показатель шероховатости по всей поверхности бочки рабочего валка.

При плотности тока 22-30 А/дм² и электролизе в течение 18-22 мин на поверхности валка формируется подслой, обладающий наибольшей адгезией к стали. Это исключает возможность отслоения хромового покрытия, что повышает стойкость валка. Промежуточный слой хромового покрытия, сформированный при плотности тока 55-65 А/дм² в течение 1-2 мин, стабилизирует хромовое покрытие, предотвращая его разрушение под действием касательных напряжений, возникающих в зонах опережения и отставания очага деформации при холодной прокатке, снижает негативное воздействие на первый слой. И, наконец, внешний, наиболее толстый слой хрома, сформированный при плотности тока 44-50 А/дм² и времени выдержки 90-110 мин, обладает максимальной твердостью, стойкостью против фрикционного износа. Таким образом, оптимальное распределение структуры и свойств хромового покрытия по слоям позволяет повысить стойкость валков и качество холоднокатаных полос, обеспечить формирование заданного потребителем микрорельефа их поверхности.

Экспериментально установлено, что при шлифовании бочки до шероховатости поверхности более 0,8 мкм R_a на поверхности насеченного и хромированного валка сохраняются поперечные риски - следы износа и чернового шлифования. Это приводит к формированию анизотропного микрорельефа и полосы и ухудшению ее качества. Снижение шероховатости поверхности бочки при шлифовании менее 0,3 мкм R_a нецелесообразно, т.к. не приводит к дальнейшему повышению стойкости валков и качества, а лишь увеличивает затраты на шлифование.

Насечка шлифованной бочки до шероховатости поверхности более 4,0 мкм R_a приводит, во-первых, к ускоренному износу микрорельефа хромированной поверхности и, во-вторых, формированию на полосе излишне большой шероховатости поверхности, что снижает ее качество. Насечка шлифованной бочки до шероховатости поверхности менее 2,0 мкм R_a приводит к слипанию витков рулонов при отжиге из-за недостаточной высоты микронеровностей полосы, ускоренному износу шероховатого слоя поверхности валков, ухудшению показателей штампуемости холоднокатаных полос.

Снижение плотности тока менее 22 А/дм² или сокращение продолжительности первого этапа менее 18 мин ухудшает адгезию слоя хрома к шероховатой стальной поверхности бочки, что приводит к отслоению покрытия. Увеличение плотности тока на первом этапе более 30 А/дм² или продолжительности первого этапа более 22 мин ведет к нарушению сплошности покрытия из-за газообразования на поверхности валка, снижению стойкости хромового покрытия.

При плотности тока более 65 А/дм² или продолжительности второго этапа более 2 мин промежуточный слой в хромовом покрытии формируется с микропорами. Это снижает стойкость валка и качество полосы. Снижение плотности тока менее 55 А/дм², как и сокращение продолжительности второго этапа менее 1 мин, ухудшают плотность и толщину промежуточного хромового покрытия, что отрицательно сказывается на стойкости валка и качестве полос.

Увеличение плотности тока более 50 А/дм² и времени выдержки на третьем этапе более 110 мин ведет к снижению шероховатости поверхности валка, ее стойкости, ухудшению качества полосы, увеличению затрат на хромирование. Уменьшение плотности тока менее 44 А/дм² или продолжительности третьего этапа менее 90 мин ведут к снижению толщины хромового покрытия и его твердости. Это снижает стойкость валка и качество прокатываемых полос.

Примеры реализации способа

Стальной рабочий валок дрессировочного стана с диаметром бочки D=510 мм и длиной В=1700 мм подвергают черновому шлифованию на вальцешлифовальном станке с помощью абразивного круга до полного устранения следов износа. Затем, при чистовом шлифовании, шероховатость поверхности бочки снижают до значения R_{а шл}=0,6 мкм.

Шлифованный валок подвергают насечке на дробеметной машине с помощью струи колотой чугунной дроби фракции 0,8 мм до получения шероховатости на бочке Р_{а н}=3,0 мкм.

Насеченный валок закрепляют в установке для хромирования, нижнюю часть бочки погружают в ванну с электролитом - раствором хромистой кислоты Н₂CrO₄ с присутствием аниона SO₄ ^2- при соотношении их концентраций 100:1. Температуру электролита поддерживают равной t_э=60°С. Глубина погружения нижней части валка под уровень электролита составляет 70 мм, что соответствует площади обрабатываемой поверхности бочки рабочего валка S=65,81 дм². Рабочий валок соединяют с отрицательным источником постоянного тока, а ванну - с положительным. Валок приводят во вращение, в процессе которого происходит его нагрев от электролита.

После окончания нагрева валка через раствор электролита от анода к бочке валка пропускают постоянный электрический ток с плотностью J₁=25 А/дм². Полное значение силы тока I₁ при этом составляет:

I₁=S·J₁=65,81 дм²·25 А/дм²=1645,25 А.

Пропускание постоянного электрического тока приводит к осаждению на бочке валка ультрамелкодисперсных кристаллов твердого хрома, обладающих высокой адгезией к стальной основе (бочке валка).

По истечении периода времени τ₁=20 мин (первого этапа хромирования) плотность постоянного тока увеличивают до значения J₂=60 А/дм², что соответствует полной силе тока I₂=3948,6 А. При указанной плотности тока электролиз на втором этапе ведут в течение времени τ₂=1,5 мин.

По истечении времени τ₂=1,5 мин (второго этапа хромирования) величину плотности тока снижают до значения J₃=48 А/дм или до полной силы тока I₃=3158,9 А. Третий этап хромирования ведут при плотности тока J₃=48 А/дм² в течение времени τ₃=100 мин.

По завершении хромирования шероховатость поверхности на всей бочке рабочего валка равномерна и составляет R_a=2,7 мкм.

Пару хромированных рабочих валков заваливают в клеть одноклетевого стана 1700 и осуществляют дрессировку отожженных холоднокатаных полос из стали марки 08Ю толщиной 0,7 мм. Обжатие по толщине при дрессировке поддерживают равным ε=1,2%. В процессе дрессировки рабочие валки переносят свой микрорельеф на поверхности полосы, обеспечивая требуемое значение R_{a п}=1,8 мкм. Благодаря высокой сопротивляемости фрикционному износу хромированного шероховатого слоя бочки рабочего валка при его контактном взаимодействии с прокатываемой полосой и опорным валком стойкость рабочего валка и качество холоднокатаной полосы возрастают. Благодаря этому выход полос Q с 1-й группой отделки поверхности после дрессировки максимален.

Варианты реализации способа эксплуатации рабочего валка приведены в таблице.

Из таблицы следует, что использование предложенного способа (варианты №2-4) обеспечивает повышение стойкости рабочего валка и качества прокатываемой полосы: наработка на валок составляет L=330-350 км прокатанной полосы при выходе металлопродукции высшей категории качества Q=99,4-99,7%.

В случае запредельных значений заявленных параметров (варианты №1 и №5), а также способа-прототипа (вариант №6) стойкость рабочих валков и качество холоднокатаных полос снижаются.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что его использование обеспечивает получение заданной стабильной шероховатости поверхности хромированного слоя бочки рабочего валка при одновременном повышении сопротивляемости слоя хрома фрикционному износу. Повышение износостойкости хромированной шероховатой поверхности бочки валка позволяет увеличить срок его службы, повысить качество отделки поверхности холоднокатаных отожженных полос после дрессировки.

В качестве базового объекта при определении экономической эффективности способа эксплуатации рабочего валка принят способ-прототип. Использование предложенного способа при холодной прокатке и дрессировке обеспечит повышение рентабельности производства холоднокатаной листовой стали на 8-10%.

Таблица
Режимы эксплуатации рабочего валка и показатели их эффективности № п/п R_{а шл}, мкм R_{a н}, мкм t_Э, °C J₁, А/дм² τ₁, мин J₂, А/дм² τ₂, мин J₃, А/дм² τ₃, мин L, км Q, % 1.
2.
3.
4.
5.
6. (прототип) 0,2
0,3
0,6
0,8
0,9
0,45 1,9
2,0
3,0
4,0
5,0
3,0 54
55
60
65
66
22,5 21
22
25
30
31
95 17
18
20
22
23
10 54
55
60
65
66
- 0,9
1,0
1,5
2,0
3,0
- 43
44
48
50
51
- 80
90
100
110
120
- 211
330
350
340
201
163 76,4
99,4
99,7
99,5
73,4
63,8

Источники информации

1. Заявка Японии №61-202707, МПК В21В 27/00, С23С 30/00, 1986 г.

2. Заявка Японии №61-202708, МПК В21В 27/00, С23С 30/00, 1986 г.

3. Патент Российской Федерации №2175583, МПК В21В 28/02, 2001 г.

Изобретение предназначено для повышения стойкости валков на станах кварто холодной прокатки и дрессировки стальных полос и качества прокатываемых полос. Способ включает шлифование бочки рабочего валка, насечку, электролитическое хромирование и работу валка в клети. Получение стабильной заданной шероховатости поверхности хромированного слоя валка при одновременном повышении его сопротивляемости фрикционному износу обеспечивается за счет того, что валок шлифуют до достижения шероховатости поверхности 0,3-0,8 мкм R_a, после чего насекают до шероховатости поверхности 2,0-4,0 мкм R_a, а электролитическое хромирование ведут в растворе хромовой кислоты при температуре электролита 55-65°С и плотности тока 22-65 А/дм². Кроме того, электролитическое хромирование осуществляют за три этапа: вначале при плотности тока 22-30 А/дм² в течение 18-22 мин, затем при плотности тока 55-65 А/дм² в течение 1-2 мин и завершают при плотности тока 44-50 А/дм² и времени выдержки 90-110 мин. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ эксплуатации рабочего валка стана холодной прокатки полос, включающий шлифование бочки, насечку, электролитическое хромирование и работу валка в клети, отличающийся тем, что бочку валка шлифуют до достижения шероховатости поверхности 0,3-0,8 мкм R_a, после чего насекают до шероховатости поверхности 2,0-4,0 мкм R_a, а электролитическое хромирование ведут в растворе хромовой кислоты при температуре электролита 55-65°С и плотности тока 22-65 А/дм².

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электролитическое хромирование осуществляют за три этапа, причем вначале при плотности тока 22-30 А/дм² в течение 18-22 мин, затем при плотности тока 55-65 А/дм² в течение 1-2 мин и завершают при плотности тока 44-50 А/дм² и времени выдержки 90-110 мин.